Binder学习笔记(一)

网上看了很多关于binder的文章,但我还是想把自己的心路历程记录下来,有些是跟着别人的脚步领略险峻风景,有些则是自己只身探入代码深处打捞出的收获。我不确定是否全部融会贯通,更担心一两个月后会完全不记得来时的路。最好的验证和留存的方法是把他们写成博文,几个月后回头再来读,看是否还能读得明白。如果可以,说明我两个担心已不复存在;如果又回到云里雾里,刚好可以带着新问题继续探索。文章很多地方会引用Android源码,我的源码版本是6.0.1_r11。
当静态代码走查遭遇多态、依赖外部数据时,常常会陷入困境,眼前多个岔路口,不知该走哪条路。我就顺道把gdb也重新捡起来,动态调一把就知道正确答案了。我尽量详细地记录下使用步骤,以便未来可以很方便地重新走入这条路。
我觉得读代码也应该是“不求甚解”的,不要一竿子插到底,先在一个层面上把问题分析清楚,再逐步深入到下一个层面,逐层攻破。其实跟写代码很像,解决复杂问题的两大利器——分层、分模块。当然最终是要达到山高月小,水落石出的境界。文章会一点一点放出,发出的文章可能还会不断回过头来再修改,希望最终能够打磨出一篇精致小品,以后就再也不用追究Binder了。

binder的使用(Java代码)

Binder是Android系统为进程间通信提供的一种方式,在创建Service的时候会经常用到。创建Service的基本步骤如下:

final Intent intent = new Intent(this, BindMyService.class);  
private MyServiceConnection conn = new MyServiceConnection();  
……  
bindService(intent, connection, Service.BIND_AUTO_CREATE);  // 创建Service 

当Service创建成功,Service会回调ServiceConnection的onServiceCnnected函数:

public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service); 
图片 1.png

更神奇的是,Service和Client可以是两个不同的进程,而且即使跨进程,Client仍然可以把来自Service的binder当做本地对象来使用。Binder对函数调用做了封装,把函数和参数组装成数据包发给Service,再由Service调用和执行实际的服务接口,并把执行结果也组装成数据包返回给客户端。

Java层的代码会向下进入native层,通过该层的c++代码调用frameworks以及更底层的驱动来完成消息的流转。为了尽快触摸到Binder的本质,我们现在就潜入到native层,用c++代码完成Service的编写和Client端的调用,并以此为起点进入到Binder的实现层。至于从Java到native的桥接,可以留待本质问题水落石出之后再去探究,那只是末枝上的小细节了。

binder的使用(C++代码)

// Test.h  
#ifndef __TEST_H__  
#define __TEST_H__  
#include <stdio.h>  
#include <binder/IInterface.h>  
#include <binder/Parcel.h>  
#include <binder/IBinder.h>  
#include <binder/Binder.h>  
#include <binder/ProcessState.h>  
#include <binder/IPCThreadState.h>  
#include <binder/IServiceManager.h>  
using namespace android;  
namespace android  
{  
    class ITestService : public IInterface  
    {  
    public:  
        DECLARE_META_INTERFACE(TestService); // declare macro  
        virtual void test()=0;  
    };  
  
    enum  
    {  
        TEST = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION,  
    };  
  
    class BpTestService: public BpInterface<ITestService> {  
    public:  
        BpTestService(const sp<IBinder>& impl);  
        virtual void test();  
    };  
}  
#endif  
// ITestService.cpp
#include "Test.h"  
namespace android  
{  
    IMPLEMENT_META_INTERFACE(TestService, "android.TestServer.ITestService");  
} 
// TestClient.cpp  
#include "Test.h"  
namespace android {  
BpTestService::BpTestService(const sp<IBinder>& impl) :  
        BpInterface<ITestService>(impl) {  
}  
void BpTestService::test() {  
    printf("BpTestService::test()\n");  
    Parcel data, reply;  
    data.writeInterfaceToken(ITestService::getInterfaceDescriptor());  
    remote()->transact(TEST, data, &reply);  
    printf("reply: %d\n", reply.readInt32());  
}  
}  
int main() {  
    sp < IServiceManager > sm = defaultServiceManager();  
    sp < IBinder > binder = sm->getService(String16("service.testservice"));  
    sp<ITestService> cs = interface_cast < ITestService > (binder);  
    cs->test();  
    return 0;  
}  
// TestServer.cpp
#include "Test.h"
namespace android 
{
  class BnTestService: public BnInterface<ITestService> 
{
public: 
  virtual status_t onTransact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags = 0); 
  virtual void test() { printf("BnTestService::test()\n"); }};
  status_t BnTestService::onTransact(uint_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags) 
  { 
    switch (code) { 
      case TEST: { 
        printf("BnTestService::onTransact, code: TEST\n"); 
        CHECK_INTERFACE(ITest, data, reply); 
        test(); reply->writeInt32(100); 
        return NO_ERROR; 
      } 
      break; 

      default: 
      break; 
    } 
    return NO_ERROR;
  }
}
int main() 
{ 
  sp < ProcessState > proc(ProcessState::self()); 
  sp < IServiceManager > sm = defaultServiceManager(); 
  sm->addService(String16("service.testservice"), new BnTestService()); 
  ProcessState::self()->startThreadPool(); 
  IPCThreadState::self()->joinThreadPool(); 
  return 0;
}
# Android.mk
LOCAL_PATH := $(call my-dir)  
  
#生成binder service的服务端  
include $(CLEAR_VARS)  
LOCAL_SHARED_LIBRARIES := \  
    libcutils \  
    libutils \  
    libbinder   
LOCAL_MODULE    := TestServer  
LOCAL_SRC_FILES := \  
    TestServer.cpp \  
    ITestService.cpp  
LOCAL_MODULE_TAGS := optional  
include $(BUILD_EXECUTABLE)  
   
#生成binder service的测试client端  
include $(CLEAR_VARS)  
LOCAL_SHARED_LIBRARIES := \  
    libcutils \  
    libutils \  
    libbinder   
LOCAL_MODULE    := TestClient  
LOCAL_SRC_FILES := \  
    TestClient.cpp \  
    ITestService.cpp  
LOCAL_MODULE_TAGS := optional  
include $(BUILD_EXECUTABLE)  

在Android源码external目录下创建文件夹testservice,并将以上五个文件放到该文件夹下。
执行如下命令,完成编译:

$ mmm external/testservice

我把Android源码的build/envsetup.sh内的TARGET_BUILD_TYPE默认值全改成了debug,这样确保执行以上mmm命令的时候,总会生成debug版。

编译完成后,执行如下命令:

$ adb shell mkdir /data/local/tmp/testservice# 把生成的两个可执行程序拷贝到模拟器$ adb push out/debug/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/TestServer_intermediates/LINKED/TestServer /data/local/tmp/testservice$ adb push out/debug/target/product/generic/obj/EXECUTABLES/TestClient_intermediates/LINKED/TestClient /data/local/tmp/testservice# 添加可执行权限$ adb shell chmod 755 /data/local/tmp/testservice/*# 启动服务端$ adb shell /data/local/tmp/testservice/TestServerBnTestService::onTransact, code: TESTBnTestService::test()# 在另一个终端下客户端:$ adb shell /data/local/tmp/testservice/TestClientBpTestService::test()reply 100

OK,前期准备就这么些,接下来就可以测试代码为入口深入到binder的内部实现了。

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